一种油缸组件及具有该油缸组件的液压抽油机

1.一种液压抽油机，包括：
油缸组件，其包括：
油缸(6)，所述油缸(6)用于开口朝上地竖直安装；
油缸活塞杆(61)，其下端可滑动地安装在油缸(6)内并且上端从油缸(6)的开口伸出到油缸外；
转轮组，其包括固定到油缸活塞杆(61)上端的固定轴(40)、安装在固定轴(40)上的至少一个转轮(41，42)和缠绕在转轮(41，42)上以能够跟随转轮(41，42)一起相对于固定轴(40)转动的牵引件(43)，牵引件(43)的一端用于固定到静止件，另一端用于绕过转轮(41，
42)与井下泵抽油杆(12)固定连接，
油缸活塞杆(61)的上端设有滑块(63)，该滑块可滑动地设置在所述固定轴(40)的滑槽(45)内，该滑槽(45)沿固定轴(40)的轴向延伸，
电机(1)；
由该电机(1)驱动以带动油缸活塞杆(61)往复移动的二次调节技术液压马达(2)，由二次调节技术液压马达(2)选择性地驱动以蓄能或释放能量的飞轮，
被触发以设定抽油杆(12)的冲程的传感器(7)；
控制阀(8)，其基于所述传感器(7)的信号控制二次调节技术液压马达(2)的运转方式，其中飞轮、电机、二次调节技术液压马达(2)以该提及顺序同轴布置。
2.根据权利要求1所述的液压抽油机，其特征在于，该滑槽(45)在两端形成滑块的止挡。
3.根据权利要求1或2所述的液压抽油机，其特征在于，所述转轮组是滑轮组、链轮组或皮带轮组。
4.根据权利要求1或2所述的液压抽油机，其特征在于，所述牵引件(43)的外表面带有硫化的橡胶涂层。
5.根据权利要求1或2所述的液压抽油机，其特征在于，所述油缸组件还包括用于安装所述油缸组件的油缸支架(64)，该油缸支架(64)具有三脚架结构。
6.根据权利要求1或2所述的液压抽油机，其特征在于，所述油缸(6)具有用于直接安装到油井树(10)上的油缸法兰(62)。
7.根据权利要求6所述的液压抽油机，其特征在于，所述牵引件(43)的所述一端固定到油缸法兰(62)。
8.根据权利要求1所述的液压抽油机，其特征在于，还包括通过控制阀(8)向二次调节技术液压马达(2)供给控制油的控制泵(9)，所述控制泵(9)与飞轮、电机(1)、二次调节技术液压马达(2)同轴布置。

一种油缸组件及具有该油缸组件的液压抽油机\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种液压抽油机，特别涉及该液压抽油机的油缸组件。\n背景技术\n[0002] 目前的采油通常利用传统的磕头机驱动。在传统的油缸组件中，油缸以开口向下的方式安装在油缸支架上，活塞杆从油缸的底部开口向下延伸以与井下泵的抽油杆连接。\n但是，对于大负载以及长冲程的情况来说，就需要设置很高的油缸支架，增大了抽油机的整体重量，不便于安装维护，并且这种高度很高的油缸支架不能很好地防风，从而很难达到期望的要求。发明内容\n[0003] 考虑到现有技术的上述缺陷，本发明要解决的技术问题是提供一种体积小、便于安装调试的液压抽油机的油缸组件。\n[0004] 为此，本发明提供的油缸组件包括：油缸，所述油缸用于开口朝上地竖直安装；油缸活塞杆，其下端可滑动地安装在油缸内并且上端从油缸的开口伸出到油缸外；转轮组，其包括固定到油缸活塞杆上端的固定轴、安装在固定轴上的至少一个转轮和缠绕在转轮上以能够跟随转轮一起相对于固定轴转动的牵引件，牵引件的一端用于固定到静止件，另一端用于绕过转轮与井下泵抽油杆固定连接。\n[0005] 由于本发明能够利用短的油缸和活塞杆实现抽油杆的长冲程，因此取消了传统的高大的油缸支架，使得液压抽油机系统的体积减小，整体重量变轻，从而便于运输及现场安装调试，并适用于海上平台上。并且，转轮驱动方式使得油缸活塞杆的冲程及冲次可无级调节，提高填充率及产能，并且易于设置柔性速度拐点，可以減少抽油杆冲击，吸收换向冲击，自动调节井口竖直，避免井口偏磨。\n[0006] 优选地，油缸活塞杆的上端设有滑块，该滑块可滑动地设置在所述固定轴的滑槽内。\n[0007] 优选地，该滑槽沿固定轴的轴向延伸并且在两端形成滑块的止挡。\n[0008] 优选地，所述转轮组是滑轮组、链轮组或皮带轮组。\n[0009] 优选地，所述牵引件的外表面带有硫化的橡胶涂层。\n[0010] 优选地，所述油缸组件还包括用于安装所述油缸组件的油缸支架，该油缸支架具有三脚架结构。\n[0011] 优选地，所述油缸具有用于直接安装到油井树上的油缸法兰。\n[0012] 优选地，所述牵引件的所述一端固定到油缸法兰。\n[0013] 本发明还提供了一种液压抽油机，包括：所述油缸组件，电机；由该电机驱动以带动油缸活塞杆往复移动的二次调节技术液压马达，由二次调节技术液压马达选择性地驱动以蓄能或释放能量的蓄能器，被触发以设定抽油杆的冲程的传感器；控制阀，其基于所述传感器的信号控制二次调节技术液压马达的运转方式。\n[0014] 优选地，液压抽油机还包括通过控制阀向二次调节技术液压马达供给控制油的控制泵，所述控制泵与蓄能器、电机、二次调节技术液压马达同轴布置。\n附图说明\n[0015] 图1示出了本发明的液压抽油机的控制简化图；\n[0016] 图2示出了根据本发明第一实施例的液压抽油机的外形图，其中示出了改进的油缸组件；\n[0017] 图3是图2所示的液压抽油机的俯视图；\n[0018] 图4是图2和图3所示的油缸组件的侧视图；\n[0019] 图5示出了在油缸组件中油缸活塞杆与滑轮组之间的连接结构的截面图；\n[0020] 图6示出了根据本发明第二实施例的液压抽油机的外形图，其中示出了改进的油缸组件和油缸支架；\n[0021] 图7是图5所示的液压抽油机的俯视图；\n[0022] 图8是图5和图6所示的油缸组件的侧视图。\n具体实施方式\n[0023] 现在参照附图描述本发明的实施例。其中相同或类似的部件采用相同的附图标记。\n[0024] 本发明的液压抽油机的控制方式示出在图1中。\n[0025] 如图1所示，该液压抽油机包括：电机1；由该电机1驱动的至少一个二次调节技术液压马达2；由二次调节技术液压马达2选择性地驱动以蓄能或释放能量的飞轮3（蓄能器）；\n由二次调节技术液压马达2控制进而带动井下泵的抽油杆12（见图2）往复移动的油缸组件（包括油缸6、油缸活塞杆61以及滑轮组4）；被触发以设定抽油杆12的冲程的传感器7；控制阀8，其根据来自传感器7的信号控制二次调节技术液压马达2的正反向运转；其中，在抽油杆12下降的过程中，二次调节技术液压马达2通过控制阀8改变运转方式用作马达（反向运转），驱动飞轮3蓄能。在抽油杆12上升的过程中，飞轮3释放能量，二次调节技术液压马达2通过控制阀8改变运转方式用作泵（正向运转），从而由飞轮3释放的能量以及电机1驱动二次调节技术液压马达2进而带动抽油杆12上升采油。\n[0026] 通过设置既能用作泵又能用作马达的二次调节技术液压马达2，使得油缸活塞杆\n61和抽油杆12在下降过程中的势能被利用来驱动飞轮3蓄能。反之，在油缸活塞杆61和抽油杆12上升过程中，飞轮3所储存的能量被利用来驱动抽油杆12上升。从而，大大节省了电机的能耗。\n[0027] 电机1可以采用普通电机，也可以采用滑差电机，但优选采用滑差电机。\n[0028] 二次调节技术液压马达2优选为带负摆角控制的变量柱塞马达，在控制阀8的作用下可以改变斜盘摆角以转换运转方式，在油缸活塞杆61上升时，二次调节技术液压马达2为正摆角用作泵；在油缸活塞杆61下降时，二次调节技术液压马达2为负摆角用作马达。\n[0029] 飞轮3与电机1、二次调节技术液压马达2传动连接。在油缸活塞杆61和抽油杆12下降时，用作马达的二次调节技术液压马达2驱动飞轮3加速旋转，从而将活塞杆61和抽油杆\n12下降产生的势能转换成飞轮3的旋转动能存储起来。而在油缸活塞杆61和抽油杆12上升时，飞轮3的旋转动能经传动轴传递至用作泵的二次调节技术液压马达2。\n[0030] （第一实施例）\n[0031] 图2至图4示出了根据第一实施例的油缸组件的细节。如图2-4所示，该油缸组件与液压动力站13通过液压胶管15相连以被供给液压油，液压动力站13由电气控制箱14控制。\n[0032] 油缸6借助于油缸安装法兰62竖直地安装在油井树10的油井树法兰11上。油缸6具有开口的上端和封闭的底端（见图1），油缸活塞杆61从油缸6的开口上端插入油缸6内，油缸活塞杆61的下端可滑动地设置在油缸6内，油缸活塞杆61的上端伸出油缸6之外并安装有滑轮组4（转轮组），该滑轮组4包括与活塞杆61的上端固定连接的固定轴40，活塞杆61与固定轴40垂直，在活塞杆61上下移动时，带动固定轴40也上下移动。固定轴40的两端分别可转动地设置一个动滑轮41、42，动滑轮41、42上分别缠绕有钢丝绳或皮带等牵引件43，牵引件43的一端固定到油缸法兰62或其它静止件上，另一端则绕过动滑轮41、42并（例如通过悬绳器\n44）与井下泵抽油杆12固定连接以带动抽油杆12往复移动。从而，牵引件43被滑轮组4分隔为两个部分431、432，这两个部分431、432基本竖直并且彼此平行。\n[0033] 在油缸活塞杆61上升时，固定轴40随之上升，由于牵引件43的一端固定并且两个动滑轮41、42可相对于固定轴40转动，牵引件43和两个动滑轮41、42之间的摩擦力以及抽油杆12引起的重量使得牵引件43跟随两个动滑轮41、42一起相对于固定轴40转动（沿图2中的逆时针方向），从而牵引件43的另一端上升，带动抽油杆12上升抽油。\n[0034] 反之，在油缸活塞杆61下降时，固定轴40随之下降，牵引件43跟随两个动滑轮41、\n42一起相对于固定轴40在相反的方向（即图2中的顺时针方向）上转动，从而牵引件43的另一端下降，带动抽油杆12下降。\n[0035] 通过采用这种滑轮组4，在油缸活塞杆61移动时，牵引件43带动抽油杆12移动的冲程是油缸活塞杆61冲程的两倍，从而在抽油杆12的冲程不变的情况下，可以大大缩短油缸6以及油缸活塞杆61的长度。\n[0036] 需要说明的是，本发明的固定轴40不限于一个，动滑轮不限于两个，而是可以采用多个固定轴和更多个动滑轮的组合，从而实现不同倍数的冲程。并且，根据冲程的需要，还可以采用定滑轮和动滑轮的组合。\n[0037] 另外，上述滑轮组4与油缸活塞杆61比如通过螺栓紧固连接，这种固定结构会使滑轮组4因风载产生的变形位移对油缸活塞杆61造成侧向力，可能影响油缸6的工作。\n[0038] 为此，如图5所示，滑轮组4与油缸活塞杆61采用滑块连接结构，即油缸活塞杆61的上端固定连接滑块63，该滑块63可滑动地设置在滑轮组4的滑槽45中，例如设置在固定轴40的滑槽45中，而不会滑出（例如通过形状配合）。优选地，该滑槽45沿着固定轴40的轴向延伸，并且在两端形成止挡防止滑块63滑出。这样滑轮组4因风载而产生的变形位移不会对油缸活塞杆61造成侧向力，从而提高了抗风性能，保证了油缸6的工作。该滑块63优选具有T形横截面，与此对应，滑槽45形成为与滑块63相匹配的T形槽。\n[0039] 如上所述，本发明采用滑轮组4实现冲程的延长，但是本发明不限于此。本发明也可以采用其它形式的转轮组，比如链轮组、皮带轮组等，达到类似的效果。\n[0040] 由于本发明能够利用短的推力型油缸和活塞杆实现抽油杆的长冲程，因此取消了传统的高大的油缸支架，使得液压抽油机系统的体积减小，整体重量变轻，从而便于运输及现场安装调试，并适用于海上平台上。并且，滑轮驱动方式使得油缸活塞杆的冲程及冲次可无级调节，提高填充率及产能，并且易于设置柔性速度拐点，可以減少抽油杆冲击，吸收换向冲击，自动调节井口竖直，避免井口偏磨。并且，在重力的作用下，牵引件43与井下泵的抽油杆12始终没有偏心地在竖直方向上布置在一条直线上，保证了井下泵抽油杆12可以长时间工作，延长了使用寿命。\n[0041] 另外，根据本发明的油缸6对油井井口施加的负载基本上沿油井树10向下传递，从而可以将油缸6与井口直接连接，避免制作水泥地基，减少了支架，省去了更大成本。\n[0042] 优选地，钢丝绳或皮带等牵引件43的外表面带有硫化的橡胶涂层,避免钢丝绳或皮带等牵引件43与动滑轮之间的相对移动，减少磨损，防止生锈。钢丝绳或皮带适当的弹性减少了抽油杆的换向和弹簧状冲击。\n[0043] 传感器7优选为位移传感器，比如可以为角度编码器或旋转编码器。角度编码器或旋转编码器可以安装在滑轮组4上，比如安装在动滑轮41、42上，通过检测动滑轮41、42的转数来得到牵引件43的线性位移进而得到抽油杆12的冲程。传感器7还可以是其它用来测定牵引件的线性位移的传感器，比如磁感应检测装置，如常闭或常开的两个接近开关。两个接近开关之间的距离决定了抽油杆12的冲程。传感器7也可以是模拟量传感器，从而可以在最大冲程范围内的任何位置改变冲程。\n[0044] 控制阀8优选为电磁换向阀，比如比例阀中的比例减压阀、比例换向阀等，其具有两个比例电磁铁，根据传感器7传来的信号对不同的比例电磁铁通电，从而可以切换二次调节技术液压马达2的运转方式。并且，根据对比例电磁铁通电的电流大小，能够改变变量柱塞马达的排量，从而改变油缸活塞杆61的运动速度。控制阀8也可以通过普通电磁换向阀和压力阀来实现，但速度无法电气调节。\n[0045] 另外，该液压抽油机还包括控制泵9，以通过控制阀8给二次调节技术液压马达2供给控制油来改变运转方式。二次调节技术液压马达2和控制泵9的输出端均连接泄压阀，防止泵内压力过高。二次调节技术液压马达2还与补油单向阀5连接。优选地，飞轮3、电机1、二次调节技术液压马达2以该提及顺序同轴布置，更优选地，飞轮3、电机1、二次调节技术液压马达2以及控制泵9以该提及顺序同轴布置，使得这些部件均由一个电机供电，从而整个液压抽油机的结构紧凑。其中，在飞轮3、电机1、二次调节技术液压马达2以及控制泵9之间的传动轴始终沿同一方向旋转，如图1中的顺时针方向箭头所示。\n[0046] 该液压抽油机通过将滑轮组4与井下泵的抽油杆12连接来带动抽油杆12上下往复运动抽油，其一个工作循环如下：\n[0047] 初始时，油缸活塞杆61位于其冲程的最底端即下止点，传感器7产生油缸活塞杆61位于下止点的信号。此时，控制阀8接收来自传感器7的信号使二次调节技术液压马达2运转用作泵，从而使油缸活塞杆61向上运动带动抽油杆抽油,在整个运动过程中，控制阀8以小的控制量实现小的泵排量,进而活塞杆以慢速运动避免了需要大的电机功率。\n[0048] 当油缸活塞杆61从底部上升到达其冲程的最顶端即上止点时，下一步将向下运动，控制阀8接收来自传感器7的信号使二次调节技术液压马达2用作马达。在油缸活塞杆61下降的过程中，二次调节技术液压马达2将油缸活塞杆61和抽油杆12下降产生的重力势能转化为其输出端产生的旋转动能传输至飞轮3使其加速旋转，从而存储传递过来的能量。\n[0049] 当油缸活塞杆61下降到达其冲程的最底端即下止点时，传感器7产生油缸活塞杆\n61到达下止点的信号，油缸活塞杆61下一步将向上运动，此时，控制阀8接收来自传感器7的信号使二次调节技术液压马达2用作泵。在油缸活塞杆61上升的过程中，飞轮3释放存储的旋转动能，与电机1和二次调节技术液压马达2一起驱动油缸活塞杆61和抽油杆12上升抽油。如此周而复始。\n[0050] 另外，需要说明的是，在上述工作循环中，二次调节技术液压马达2交替地被驱动用作马达和泵。这能最大限度地利用油缸活塞杆61和抽油杆12的下降势能，从而最大程度地节省能量。\n[0051] 还需要说明的是，飞轮3的设置并不是必须的。也即，飞轮3可以被替代成比如气体加载式蓄能器的其它蓄能装置。或者，飞轮3和其它蓄能装置可以并存。\n[0052] 利用上述结构，油缸活塞杆61以及抽油杆12下降产生的重力势能被存储起来以备再利用，最大程度地节省了电能,减小了电机的用电功率，从而可以使用功率较小的电机。\n[0053] （第二实施例）\n[0054] 如图6-8所示，在第二实施例中，与第一实施例中油缸6直接安装到油井树10不同的是，油缸6安装在油缸支架64上，该油缸支架64具有两个折弯的支架641、642以及一个支撑桁架643，使得该油缸支架64具有三脚架结构，更具体来说，支架641、642以及支撑桁架\n643两两之间形成三角形框架结构，从而提高了结构稳定性及抗侧向风载的能力。与传统的油缸支架相比，这种三脚架结构的油缸支架64未增加任何附加的结构件，故未增加成本，并且，由于油缸支架64形成开放式结构，因此具有足够的安装和维修空间。\n[0055] 本实施例中的其它结构和连接方式与第一实施例相同，故省略详细描述。\n[0056] 对于本领域技术人员而言，其它优点和变型是显而易见的。因此本发明就其更宽泛的意义而言不限于所示和所述的具体细节、代表性结构以及示例性示例。